Способ получения импульса силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия движущихся электрических зарядов

Авторы патента:

H02K99/00 - Электрические машины (измерительные приборы G01; электродинамические реле H01H 53/00; преобразование входной энергии постоянного или переменного тока в выходную энергию требуемого вида H02M 9/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры и подобные электромеханические преобразователи звука H04R)

Владельцы патента RU 2579764:

Фортов Владимир Викторович (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при освоении космического пространства. Технический результат - обеспечение управления траекторией космического аппарата. Способ заключается в следующем. Вначале производят зарядку электрического конденсатора, затем прерывают электрическую связь между его обкладками. После этого разводят обкладки конденсатора на определенное удаление друг от друга и придают им движение по траектории, вблизи которой располагают практически не имеющие внешнего магнитного поля намотки проводника с током на кольцевые сердечники, тем самым осуществляя взаимодействие магнитного поля движущихся обкладок и этих намоток. При этом добиваются постоянного действия в заданном направлении какой-либо одной из проекций суммы всех сил, возникающих на витках намоток, на оси трехмерной системы координат с помощью изменения направления токов в намотках в тех случаях, когда в процессе указанных взаимодействий эта проекция меняет свое направления в сторону, противоположную заданной. 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в процессе освоения космического пространства.

Как известно, управление траекторией космического аппарата осуществляется в основном с помощью энергии химического топлива, что требует больших затрат, связанных с доставкой его на аппарат. Поэтому настоятельной необходимостью является поиск нового способа создания силы (импульса силы) для управления такими аппаратами, позволяющего в какой-то степени снизить эти затраты за счет использования электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями. Такой способ излагается в настоящем описании.

Способ разработан с помощью расчетов сил электромагнитного взаимодействия электрических зарядов, основанных на общеизвестной теории электромагнетизма, излагаемой в учебниках по физике для средней школы, вузов и в другой литературе. В процессе разработки использовались следующие неоспоримые положения этой теории:

- на обкладках заряженного электрического конденсатора находятся разноименные электрические заряды [И.В.Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 71]. Если после зарядки конденсатора эти обкладки электрически изолировать друг от друга, то в условиях космического пространства заряды останутся на них. Такое же положение сохранится и после того, как такие обкладки будут разведены на какое-то расстояние друг от друга;

- источником магнитного поля являются движущиеся электрически заряженные тела [И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 99]. Тогда при движении зарядов, расположенных на обкладках, возникнут магнитные поля. Такие поля отличаются от полей замкнутых контуров с током. Это обусловлено тем, что поля контуров в какой-либо момент времени определяются величиной одного и того же тока, одновременно протекающего по всем участкам контура в то время, как поле движущего заряда в заданный момент определяется величиной скорости его движения в той точке траектории, в которой он находится. Указанные поля движущихся зарядов будут действовать на расположенные рядом проводники с током;

- электрический тороид практически не имеет внешнего магнитного поля [И.В.Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 110], поэтому он не будет оказывать действия на движущиеся рядом с ним заряды.

Эти фундаментальные основы теории электромагнетизма позволили поставить вопрос о том, какие силы электромагнитного взаимодействия возникнут на витках тороида с током при попадании его в поля движущихся заряженных тел или нельзя ли так организовать их взаимодействие, чтобы какая-нибудь одна проекция суммы этих сил на оси трехмерной системы координат постоянно действовала в каком-либо одном и том же направлении.

Для ответа на этот вопрос были проведены расчеты указанных сил. В целях их упрощения было принято, что заряды, находящиеся на обкладках конденсатора, сосредоточены в их центрах. Величины зарядов на обкладках конденсатора определялись с помощью [И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 69-71]. Для расчета магнитного поля движущихся зарядов траектория движения обкладок со скоростью V разбивалась на малые прямолинейные участки, ток на которых определялся в соответствии с [И.В.Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 82]. Магнитное поле в момент прохождения какого-либо участка рассчитывалось с помощью известной формулы закона Био-Савара [И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 101-104].

Для расчета сил, действующих на витки тороида (сил Ампера), использовались известные выражения, приведенные в [И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 120-122].

Указанные расчеты проводились с помощью компьютерной программы, подробно изложенной в статье [Фортов В.В. Некоторые особенности электромагнитного взаимодействия электрических контуров с током. Ж. РАН «Электричество», №6, 2005 г.]. Программа позволяла рассчитывать трехмерное магнитное поле, создаваемое электрическим контуром произвольной формы, и силы, действующие на любой контур с током, помещенный в это поле. Она была досконально проверена на известных случаях взаимодействия, и получаемые с ее помощью результаты соответствовали всем положениям существующей теории электромагнетизма, изложенной в указанной выше литературе. Результаты расчетов приведены на фиг. 1-3.

На фиг. 1 изображена схема размещения заряженных обкладок плоского конденсатора 1, вращающихся вокруг оси 2 в непосредственной близости к неподвижному тороиду 3 с током J_T, тем самым вызывающих взаимодействие магнитного поля обкладок с этим тороидом. Расположение разноименных зарядов на обкладках показано с помощью кружочков с соответствующими знаками внутри. Пунктиром показаны траектории их движения с постоянной линейной скоростью V. Там же показаны направления токов J, создаваемых движущимися зарядами, определенные в соответствии с [И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М., 1964, стр. 82]. Угол поворота стержня 4, на котором расположены обкладки, обозначен буквой β.

Кроме того, пунктирными линиями, перпендикулярными траектории движения обкладок, изображены отдельные линии магнитной индукции В магнитного поля движущихся зарядов, расположенных на обкладках.

На фиг. 2 в относительном виде приведены результаты расчетов силы, действующей на все витки тороида 3 с постоянным током J_T параллельно оси OZ P_ZT, силы, действующей на заряды P_ZS на обкладках, а также импульса суммы этих сил за время движения обкладок вблизи тороида 3 Jmpz. Отсюда видно, что величина Jmpz равна нулю.

Очевидно, что для того, чтобы получить неравную нулю величину Jmpz, необходимо в моменты, когда сила P_ZT начинает действовать в направлении, противоположном заданному, изменять направление тока J_T в тороиде 3. В данном случае заданным направлением является направление, противоположное направлению оси OZ. Результат таких изменений представлен на фиг. 3. Отсюда видно, что при выполнении этого условия импульс Jmpz не равен нулю.

В итоге, проведенные расчеты показали, что путем организации взаимодействий движущихся электрически изолированных заряженных обкладок и практически не имеющих внешнего магнитного поля намоток проводника с током на кольцевые сердечники, а также при соответствующем управлении направлением тока в намотках, возможно получение импульса суммарной силы, действующей в заданном направлении. Это обусловлено, прежде всего, тем, что магнитное поле движущихся заряженных обкладок действует на проводник тороида, а практически отсутствующее поле тороида не действует на заряды на обкладках.

Способ получения указанного импульса заключается в следующем. Вначале производят зарядку электрического конденсатора, затем прерывают электрическую связь между его обкладками. После этого разводят обкладки конденсатора на определенное удаление друг от друга и придают им движение по траектории, вблизи которой располагают практически не имеющие внешнего магнитного поля намотки проводника с током на кольцевые сердечники. В случае, когда обкладки движутся по окружности (см. фиг. 1), намотки располагают тоже по окружности с тем же центром. Таким образом, осуществляют взаимодействия поля движущихся заряженных обкладок электрического конденсатора и намоток проводника с током, которые во время движения обкладок поочередно попадают в область магнитного поля обкладок наибольшей напряженности.

При этом добиваются постоянного действия в заданном направлении какой-либо одной из проекций суммы всех сил, возникающих на витках намоток, на оси трехмерной системы координат с помощью изменения направления токов в намотках в тех случаях, когда в процессе указанных взаимодействий эта проекция меняет свое направления в сторону, противоположную заданной.

Способ получения импульса силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия движущихся электрических зарядов, заключающийся в том, что приводят в движение электрически изолированные заряженные обкладки электрического конденсатора, находящиеся на определенном удалении друг от друга, тем самым вызывая появление магнитных полей и осуществляя взаимодействия этих полей с расположенными в непосредственной близости к траектории движения обкладок намотками проводника с током на кольцевые сердечники, практически не имеющими внешнего магнитного поля; при этом добиваются постоянного действия в заданном направлении какой-либо одной из проекций суммы сил, возникающих на витках намоток, на оси трехмерной системы координат с помощью изменения направления токов в намотках в тех случаях, когда в процессе указанных взаимодействий эта проекция меняет свое направление в сторону, противоположную заданной.

Похожие патенты:

Электромашина // 2579432

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - повышение надёжности.

Ротор электрической машины с постоянными магнитами // 2579011

Изобретение относится к электротехнике, в частности к роторам электрических машин, содержащим постоянные магниты. Технический результат - повышение КПД электрической машины.

Электродвигатель с постоянными магнитами с ослаблением поля // 2578667

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических приводах транспортных средств. Техническим результатом является обеспечение высокого отношения частот вращения при постоянной мощности.

Ротор для двигателя со встроенными постоянными магнитами и двигатель со встроенными постоянными магнитами, снабженный им // 2578200

Изобретение относится к ротору для электродвигателя со встроенными постоянными магнитами, который используется, например, для электрических транспортных средств, гибридных транспортных средств и станков.

Ротор для электрической машины и электрическая машина // 2578170

Изобретение относится к ротору для электрической машины. Технический результат - повышение эффективности охлаждения ротора.

Ротор электромеханического преобразователя энергии с постоянными магнитами (варианты) // 2578131

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в электрических генераторах с постоянными магнитами. Технический результат: повышение синусоидальности кривой магнитной индукции в воздушном зазоре и снижение омических потерь в электрической машине от высших гармоник, а также снижение амплитуды высших гармоник.

Электрическая машина с замкнутым, автономным контуром охлаждающей среды // 2577773

Изобретение касается электрической машины с жидкостным охлаждением. Технический результат - повышение эффективности охлаждения.

Стиральная машина // 2575860

Настоящее изобретение касается сдвоенного двигателя. Технический результат - повышение технологичности сдвоенного двигателя.

Магнитный генератор // 2575649

Изобретение относится к области производства электрической энергии. Технический результат заключается в повышении КПД генератора.

Устройство охлаждения ротора электрической машины // 2575011

Изобретение касается электрической машины и устройства её охлаждения. Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения вала.

Ротор электромашины // 2580676

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании электрогенераторов и электродвигателей с высокой частотой вращения. Технический результат: увеличение индукции на полюсах, снижение моментов инерции ротора, снижение динамических нагрузок на подшипники электромашины. Ротор электромашины содержит полый вал из немагнитного материала и надетый на него магнитный индуктор цилиндрической формы, содержащий постоянные магниты, полюса из материала с высокой магнитной проницаемостью и немагнитные металлические клинья. Полый вал сформирован из дисков равного сопротивления с одинаковым внешним диаметром, выполненных из немагнитного материала, жестко скрепленных торцевыми поверхностями друг с другом. Индуктор содержит планки, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из постоянных магнитов, намагниченных так, что между магнитами, намагниченными в радиальном направлении, размещены магниты, намагниченные в тангенциальном направлении, с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха. Радиально намагниченные магниты уперты в обращенные к ним внутренние поверхности полюсов, а тангенциально намагниченные магниты уперты в обращенные к ним внутренние поверхности клиньев. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ротор электромашины // 2580931

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании электрогенераторов и электродвигателей с высокой частотой вращения. Технический результат: повышение прочности ротора, снижение моментов инерции ротора, снижение динамических нагрузок на подшипники электромашины. Ротор электромашины содержит полый вал из немагнитного материала и надетый на него магнитный индуктор цилиндрической формы, содержащий постоянные магниты, полюса из материала с высокой магнитной проницаемостью и немагнитные металлические клинья. Полый вал сформирован из дисков равного сопротивления с одинаковым внешним диаметром, выполненных из немагнитного материала, жестко скрепленных торцевыми поверхностями друг с другом. Индуктор содержит магнитные планки, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из постоянных магнитов, намагниченных в тангенциальном направлении, чередующихся с полюсами, выполненными как планки. Магнитные планки зафиксированы немагнитными клиньями, выполненными в виде желобчатых планок, размещенных над магнитными планками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ротор электромашины // 2580932

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании электрогенераторов и электродвигателей с высокой частотой вращения. Технический результат - повышение прочности ротора электромашины при высоких окружных скоростях, снижение массы, массовых моментов инерции ротора, снижение динамических нагрузок на подшипники электромашины. Ротор электромашины содержит полый вал из немагнитного материала и надетый на него магнитный индуктор цилиндрической формы, содержащий постоянные магниты, чередующиеся с полюсами из материала с высокой магнитной проницаемостью. Полый вал сформирован из дисков равного сопротивления с одинаковым внешним диаметром, выполненных из материала с высокой магнитной проницаемостью, жестко скрепленных торцевыми поверхностями друг с другом. Индуктор содержит магнитные планки, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении, чередующихся со вставками из немагнитного материала, выполненными как планки. Полюса выполнены в виде желобчатых планок, размещенных над магнитными планками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Герметизированный узел статора и двигатель (варианты) // 2580948

Изобретение относится к герметизированным узлам статора, предназначенным для применения в двигателях с электрическим приводом, таких как двигатель компрессора с электроприводом. Технический результат - снижение потерь на вихревые токи. Герметизированный узел статора включает статор, содержащий сердечник и концевую зону, и керамический цилиндр, ограничивающий поверхность сердечника статора. Концевая зона статора расположена смежно с сердечником статора и содержит лобовые части обмотки статора. При этом в концевой зоне статора расположена ограничительная стенка статора. Керамический цилиндр и ограничительная стенка статора ограничивают внутреннее пространство, предназначенное для установки ротора, причем указанная стенка статора имеет внутреннюю поверхность, обращенную к зоне расположения лобовых частей обмотки статора, и наружную поверхность, обращенную к внутреннему пространству, ограниченному указанной стенкой статора и указанным керамическим цилиндром. При этом по меньшей мере часть указанной внутренней поверхности имеет защитный слой, содержащий проводящий металл, а указанная стенка статора содержит коррозионно-стойкий металл. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Магнитоэлектрический генератор // 2581338

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках. Технический результат - упрощение сборки генератора. В магнитоэлектрическом генераторе ротор снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки. Обмотки выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора. Участки обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге. Ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность которых в каждом ряду чередуется. Полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда и смещены на половину ширины магнитов. Кольцевые обмотки вставлены друг в друга с образованием модулей, причем расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Между кольцевыми обмотками размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток. 7 ил.

Статор ветроэлектрогенератора // 2581595

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам сегментного типа. Технический результат - уменьшение массы и габаритов ветроэлектрогенератора. Статор ветроэлектрогенератора содержит вращающееся основание катушки, магнитопроводы, источники магнитного поля, два ротора-ветроколеса, установленные на ферромагнитной перекладине с возможностью магнитного контакта с магнитопроводами. На вращающемся основании последовательно установлены нижний магнитопровод, первый источник магнитного поля, ферромагнитная перекладина, второй источник магнитного поля, верхний магнитопровод. При этом участки ферромагнитной перекладины, расположенные между источниками возбуждения и роторами, снабжены рабочими катушками. 3 ил.

Способ изготовления ротора электрической машины и устройство для его изготовления // 2583484

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами на роторе. Технический результат - повышение технологичности изготовления ротора. Первоначально изготавливают узел из магнитопровода с закрепленными на нем магнитами и установленным бандажом из высокопрочных волокон, после чего собранный узел устанавливают на вал. При этом установка бандажа на магниты и узла целиком на вал осуществляется с цилиндрическим натягом. Подбор величин натягов обеспечивает передачу крутящего момента между магнитами и валом, а также позволяет управлять напряженно-деформированным состоянием изделия при сборке и при работе на рабочей скорости вращения. Бандаж на магнитах изготавливают из высокопрочных волокон в виде цельного кольца или в виде нескольких колец, которые устанавливаются на один или несколько рядов магнитов. Запрессовка бандажа на магниты происходит по специальной оправке. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Магнитоэлектрическая машина // 2585279

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрогенераторам постоянного тока. Технический результат - повышение рабочего магнитного потока. Магнитоэлектрическая машина содержит ротор с постоянными магнитами и статор, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка. На роторе закреплены постоянные магниты, причем число магнитных полюсов ротора равно числу магнитных полюсов трехфазной обмотки статора. Ротор представляет собой цилиндр, выполненный из двух частей: верхней и внутренней. Внутренняя часть ротора выполнена в виде цилиндра и изготовлена из ферромагнетика, а внешняя часть выполнена в виде полого цилиндра, в котором выполнены отверстия для размещения в них постоянных магнитов, и изготовлена из немагнитного материала. Внутренняя и внешняя части цилиндрического ротора жестко скреплены между собой. 4 ил.

Однофазный асинхронный электродвигатель // 2585280

Изобретение относится к электротехнике, а именно к однофазным асинхронным электродвигателям с пусковой обмоткой, и может быть использовано при создании электрических машин для бытовой техники и электроинструмента. Технический результат: повышение пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя, что обеспечивает его надежный пуск при наличии увеличенной нагрузки на валу. Однофазный асинхронный электродвигатель содержит ротор и статор с пазами, в которых размещены основная и вспомогательная обмотки со смещением магнитных осей по отношению друг к другу на половину полюсного деления. В статоре в области пазов, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки, размещены дополнительные обмотки, магнитные оси которых направлены в радиальном направлении ярма статора. 6 ил.

Униполярный мотор-генератор // 2586111

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам униполярного типа. Мотор-генератор содержит множество статорных колец, расположенных вокруг центральной оси; катушки якоря, сцепленные с пазами статорных колец; одну или более катушек возбуждения, каждая из которых окружает центральную ось; ротор мотора-генератора, окружающий статор и содержащий множество сегментов ротора, каждый из которых выполнен с возможностью замыкания магнитной цепи между первым и вторым статорными кольцами с пазами и отделен от других сегментов ротора немагнитным материалом; цилиндрический составной ротор, окружающий n-полюсный статор, определяющий n каналов статора и группу катушек якоря, соединенных с каждым каналом статора, причем каждая группа катушек якоря выполнена с возможностью двунаправленного обмена электроэнергией с соответствующим преобразователем переменного тока в постоянный ток в n-канальном блоке электропитания. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей униполярных машин и повышении их эффективности. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 21 ил.